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矢志打造世界一流交通安全研究平台——我校8自由度驾驶模拟器参观记

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转自同济大学新闻网   来源:新闻中心  发表时间:07/07/2016

  你能想象得到的驾驶模式是什么样子吗?是不是坐进汽车,启动,转动方向盘,然后驶上马路?但记者在我校嘉定校区道路与交通工程教育部重点实验室里看到的却不是这样。走进驾驶室,进入模拟驾驶状态后,你看到的是一个250度全景式模拟道路环境,你感觉场景和车都在动,但车其实是固定在运动系统上的。这就是我校985二期的建设成果,名为“交通行为与交通安全模拟实验平台”,也被称为 8自由度驾驶模拟器。


(模拟驾驶器)


零距离感受神奇的驾驶台   

  上几个台阶,首先来到一个小房间。“为了消除心理上的微妙起伏,进来的人先要在这间准备室稍作停留”,重点实验室副主任、交通运输工程学院教授王雪松介绍说。此时感觉不到我们所处的地点就是悬在空中的模拟驾驶台。
  说话间,记者眼前出现了一辆小汽车,静静地待在那里,常见的黑色轿车,车顶上、驾驶台上好多仪器,其中最打眼的当然就是摄像头了。1、2、3……车顶上看到的就有3个,“你看,那边还有,它们共同捕捉驾驶员的眼部特征”,王雪松说;再看驾驶台,1、2、3、4,光是挡风玻璃下面就有4只,“它们可以同时捕捉180度范围内驾驶人的瞳孔、眼部动作……总之,驾驶员实际驾驶过程中的眼光轨迹都被它一一记录并识别出来。”王雪松如数家珍。
  再看面前高约2.5米,长约8米的圆柱形屏幕,“道路交通真实环境的图像就投射到这块屏幕上”,王雪松见我满脸疑惑,介绍说,“你看,车顶上的这5个投影仪,将道路的实景投到这块白色的屏幕上,”于是驾驶员眼前出现的就是深色的路面,路侧的栏杆,齐刷刷地随着车辆的行驶向后面滑过去;道路两旁,或者深壑大河、或者红瓦绿树、或者山脉蜿蜒起伏、或者一马平川,当然也有下陡坡、钻隧洞的情形,屏幕上出现的一切都是真实的行车环境,模拟器和驾驶台上的摄影头会记录下驾驶员的驾驶行为,为交通安全研究提供原始数据。
  据介绍,电影的画面一般都是一秒钟播放24帧图片,这样我们就能获得流畅的观感,而这台8自由度驾驶模拟器的驾驶模拟图像播放速度比电影还快,五只投影仪同步播放,驾驶员的视野便和真实环境一样了。
  回到实验室,这台外观圆溜溜宛如熟透的、扁扁的白瓜一样的模拟器,散发出浓浓的科幻色彩。这台8自由度驾驶模拟器,可以上下前后左右自由活动,目前世界上这样尺度的模拟器只有三台,分别在美国、日本和我们同济。据了解,驾驶模拟器建设招标始于2008年,2012年最终完成了系统设计、建设,实验室改造、系统安装及总体性能测试验收等工作。看着地面的轨道,仿佛来到了影视拍摄现场,履带、轮盘、轨道、挡墩……想着“大白瓜”仿佛云中漫步般的曳来荡去,让人颇为惊叹。


(模拟驾驶器内景)

将安全隐患消除在道路设计环节

  模拟器投入使用以来,已经被应用于各种道路设计安全评估项目。第一个项目是永吉高速道路设计安全评估。永吉高速是湖南西部永顺县到吉首市的一条省内高速通道,全长80余公里,但这一区域山高水深,高速途经风景名胜区,地质条件极为复杂,工可研究时走廊带桥隧比例为60%,经反复优化后仍高达43%,其中:桥梁72座总共长度达21.06公里、隧道13座总长度达15.45公里,是典型的山区高速公路;沿线土地宝贵,耕地资源紧缺;工程艰巨,高架桥林立;控制性重大工点多,如猛洞河、芙蓉镇特大桥、罗依溪特长隧道等;环保、景观要求高。
  种种不利的工况对交通安全提出了严峻的挑战。永吉高速指挥部找到我校交通运输工程学院。有过西南山区开车经历的司机都知道,复杂地形的路面对驾驶员的心理、行为影响极大。为了弄清这种地形上的实际驾驶情况,王雪松和同事们选择了永吉高速特征典型路段(起点桩号K60+300至终点桩号K84+172),使用8自由度驾驶模拟器,进行了3D环境建模和道路逻辑层建立模拟。这段路有隧道、小半径路段、长大下坡,加上局部视野受到阻挡,代表性很强。通过仿真设计,将模拟图景放置到模拟器中,计算其三维视距,研究表明,个别路段的宜人性、一致性和稳定性需要改善,指挥部按照研究结果做出了修正,目前道路已经接近完工。
  上海市沿江通道越江隧道是上海郊环的重要连接线,全长11.5公里的隧道西起宝山区郊环高速公路江杨北路交叉口,沿富锦路向东,高架上跨同济路、牡丹江路后入地,以隧道形式穿越长江大堤、宝山圈围地区、黄浦江(吴淞口)后,接浦东新区外环高速公路,建成后将把上海郊环的“C”变成“O”。但是,如此规模(隧道内径13.7米,单层双向六车道,车速80公里/小时)的隧道,行车安全性能如何?科研人员从平面、纵断面、横断面以及线形组合4个方面对隧道设计进行了安全评估,其中一项重要指标就是验证车道宽度设计的安全及合理性。通过模拟试验获得驾驶数据,包括隧道整体路段行驶安全性评价以及隧道出入口路段安全两个重要项目的数据;通过驾驶模拟实验,对3.75米×3以及3.75米×2+3.5米两种车道宽度设计的隧道断面进行行车安全性对比分析,确定不同车道宽度设计对隧道内行车安全性的影响。现在,实验结论已经反馈给指挥部,落实为设计结果了。
  8自由度驾驶模拟器还被用于交通事故分析。“同济大学研发的‘上海市道路交通事故分析预警系统’,为交警部门的事故管理、防治决策工作提供了科学的支持工具。”记者在公安部交通管理科学研究所的《专家意见》上看到这样的文字。原来,同济大学交通安全研究团队结合上海路网特点创造性地提出了“五要素”的事故位置表述方法,很好地实现了交通事故的准确定位,研发的预警系统具有事故统计和事故多发设施的判别功能,实现了事故数据的多角度统计与展示、事故多发设施的快速判别,让交警的工作效率大幅度提高。
  而为广州研发的“广州道路交通事故违法警情综合分析系统”同样受到使用方的高度评价。广州方面说,这套系统帮助他们快速高效地分析事故原因、排查事故黑点,研判全市交通警情,对事故、违法、警情展开趋势分析,对预防交通事故、缓解交通堵塞起到了很好的指导作用。目前同济大学正在参与编制国家“十三五”道路交通安全规划。

国际联合实验室进一步扩大同济影响力

  采访中记者获悉,交通安全研究团队目前已经完成几十项科研任务,同时还积极参与包括“携手创建更安全道路”在内的公益项目。据世界卫生组织统计,2015年全球125万人死于道路交通事故;道路交通事故已成为15至45岁年龄人群的第一死因。而我国的道路交通事故万车死亡率是美国的2倍,德国的3倍。正是在这一形势下,2014年百威集团携手国际跨国公司在联合国启动了该项目,同济大学交通安全国际合作联合实验室作为学术指导单位携手国际联盟改善上海交通,内容涉及共创安全道路、提高驾驶员安全性等。
  同时,交通安全国际合作联合实验室参加了“彭博全球道路安全倡议行动上海项目”。该项目于2015年11月正式启动,作为全球选取的10个城市之一,上海将通过加强执法、大众宣传、改善道路设计创造安全发展的城市交通,“这个项目的参与者包括全球道路安全合作组织、世界银行、约翰霍普金斯大学等国际组织”,王雪松说,“我们的国际合作自驾驶模拟器投入运行便得到了加强。”望着眼前这位年轻的教授,记者不禁感慨:早入黉门,一切都好。年轻的他美国博士毕业后选择回到母校同济,开始参与建设驾驶模拟器,现在他是“携手创建更安全道路”国际安全组织的专家组成员,同时兼任《中国安全科学学报》副主编等学术兼职,他的交通安全研究已经在海内外产生了广泛的影响。
  “要建设国际一流交通学科,必须汇聚国际一流的交通安全科研人才。”交通学院院长陆键如是说。这位国际交通安全领域知名专家自上任以来,围绕这台国内独一无二的驾驶模拟器展开谋划,很快聚集了美国、德国、英国等一批顶尖专家,像保罗·特里蒙特(Paul Tremont)、安德鲁·塔克(Andrew Tarko)、默罕默德·阿伯代尔(Mohamed Abdel-Aty)等,加上国内的方守恩、郭忠印、陆键、杨晓光、吴兵、李克平等专家,由16人组成的科研团队从去年开始,已经就交通行为研究与改善、道路设计安全评估与优化、基于信息化的交通安全管理、智能交通与车辆主动安全等展开研究。去年10月召开了第一次学术会议,今后,这些教授们每年都要来到同济,定期就其从事的方向展开研究。
  与此同时,各种不同层次、级别的交通安全国际会议你方唱罢我登场,像中美交通安全学术研讨会、国际交通安全学术研讨会等。由李克平教授组织的“中德道路交通安全研讨会”目前已经办了5届;去年9月,先后在德国的柏林、科隆、法兰克福三地举行,德国各界交通精英悉数与会,研讨的内容涉及交通安全法律、交通安全普及教育、公路设计安全审计、道路交通基础设施安全检查、人员培训等等。“实验室的国际合作运行态势良好。有这么好的平台,我们的路子当然越走越宽”,王雪松说。
 

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